GraficiGrafici & & ClimaClima
Olivia Levrini, Giulia Tasquier
Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna
Mercoledì 30-09-2015
� Di cosa parliamo quando parliamo di clima?
� Il dato in climatologia
� L’importanza della rappresentazione grafica: il � L’importanza della rappresentazione grafica: il
modello come chiave interpretativa del dato
� IPCC: nuovi linguaggi, nuovi concetti, nuove
competenze
� Impatto sull’insegnamento delle scienze a scuola
Climatologia NON è METEOROLOGIA
La meteorologia ...
• studia alcuni “fenomeni atmosferici” che si organizzano e si
sviluppano su distanze che vanno dalle decine alle migliaia di
chilometri
Esempi di fenomeni atmosferici studiati dalla meteorologiavanno dai mulinelli d’aria nei nostri cortili, ai tornado, aitemporali, ai fronti (caldo e freddo), ai cicloni tropicali ed aicicloni ed anticicloni delle medie latitudini, ecc.
• cerca di prevederne l’evoluzione dinamica su scale temporali che
vanno da poche ore ai dieci giorni
Lo studio del comportamento di lungo periodo (maggiore di 10
anni) del sistema climatico.
Tale comportamento non dipende solo dalle proprietà fisiche dei fluidi (oceani, atmosfera, ghiaccio), ma anche dalle proprietà chimiche e biologiche.
CLIMATOLOGIA è ...
• Il sistema climatico del nostro pianeta NONNON èè maimai statostato “stabile”“stabile” ed è stato soggetto acambiamenti anche notevoli nel corso della sua storia.
• E’ un sistema estremamente complessocomplesso, di cui conosciamo molti aspetti, ma in modoapprossimato.
... ... inoltreinoltre
Perché il sistema climatico è complesso?
Un sistema complesso è tale perché:
1) molti processi sono in atto, descritti da molti parametri
2) alcuni di questi processi non sono lineari
3) i processi si influenzano vicendevolmente
All'interno del sistema climatico +
+
-sistema climatico accade spesso che la variazione di un parametro influenzi un altro che a sua volta ha impatto sul primo.
→→→→ Quando ciò accade si dice che il sistema possiede controreazioni (dette anche feedbacks )
++
Parole e concetti “sul clima”
EffettoSerra
(naturale e antropico)
Con questo termine ci si riferisce a un cambiamento dello
stato del clima che persiste per un periodo di tempo
prolungato (solitamente di decadi o più), e identificabile
(per esempio, attraverso l'uso di test statistici) da
cambiamenti della media e/o della variabilità delle sue
Greenhouse effect (GHE) is the process in which the absorption of
infrared radiation by the atmosphere warms the Earth.
In common parlance, the term GHE may be used to refer either to the
natural greenhouse effect, due to naturally occurring greenhouse
gases, or to the enhanced (anthropogenic) GHE, which results from
gases emitted as a result of human activities. (*)
Cambiamento
Climatico
Riscaldamento
Globale
cambiamenti della media e/o della variabilità delle sue
proprietà. Il cambiamento climatico può essere dovuto a
processi naturali interni, o a forzanti esterni, come le
modulazioni dei cicli solari, le eruzioni vulcaniche, e i
ripetuti cambiamenti antropogenici della composizione
dell'atmosfera o dell'uso del suolo.
La Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti
climatici (UNFCCC - United Nations Framework Convention
on Climate Change), nel suo articolo 1, definisce il
cambiamento climatico come: "un cambiamento del clima,
attribuibile direttamente o indirettamente all'attività
umana, che altera la composizione dell'atmosfera globale
e che si somma alla variabilità climatica naturale
osservata nel corso di periodi di tempo confrontabili“. (*)(*) dal glossario IPCC - AR5
Riscaldamento Globale
Effetto Serra(naturale e antropico)
TEMPERATURATEMPERATURA
ConseguenzeCause
Cambiamento
Climatico
Che significato ha?
Qual è l’origine?
Dove sta l’anomalia?
Che conseguenze ha?
( ri- )Costruzione del dato
“Quando si parla di ricerca climatica, l’argomento principale è la
previsione dell’andamento del clima del passato [gli ultimi 100-150
anni], soprattutto in relazione alle modifiche che potrebbero derivare
dal potenziamento antropico dell’effetto serra (naturale).
[...] Si tratta di valutare se e come il clima potrà evolvere nei decenni a[...] Si tratta di valutare se e come il clima potrà evolvere nei decenni a
venire e quali conseguenze l’eventuale cambiamento potrà comportare
sul piano ambientale e su quello socio-economico.”
(Michele Colacino)
“RicostruireRicostruire ilil climaclima passatopassato è come essere di fronte ad un
gigantescogigantesco mosaicomosaico le cui tessere vanno un poco alla volta
collocate nella giusta posizione in modo da ottenere il
quadroquadro didi insiemeinsieme, che ci consente di descrivere le
variazionivariazioni subitesubite daldal climaclima nelnel corsocorso delladella storiastoria geologicageologica
deldel pianetapianeta.”deldel pianetapianeta.”
(Michele Colacino)
La ricostruzionericostruzione deidei climiclimi del del passatopassato si basa su prove di campo e su prove documentarie, dalle
quali si possono ricavare informazioni relative ad eventi e tendenze climatiche.
Dati paleo-climatici
Prove dicampo
Prove documentarie
Le informazioni si
ottengono applicando i
metodi di studio propri
delle scienze fisiche,
naturali e che
consentono di risalire
indietro nel tempo di
decine o centinaia di
anni.
Le informazioni si
ottengono applicando i
metodi di studio propri
delle scienze fisiche,
naturali e che
consentono di risalire
indietro nel tempo di
decine o centinaia di
anni.
Le informazioni sono
costituite da documenti
scritti di varia natura e, per
gli ultimi due secoli, anche
dai dati strumentali
quantitativi, che
consentono di ricostruire le
variazioni climatiche a
partire da quelle più recenti
fino all’incirca quelle degli
ultimi tremila anni.
Le informazioni sono
costituite da documenti
scritti di varia natura e, per
gli ultimi due secoli, anche
dai dati strumentali
quantitativi, che
consentono di ricostruire le
variazioni climatiche a
partire da quelle più recenti
fino all’incirca quelle degli
ultimi tremila anni.
Prove
chimico-fisiche
Studi isotopici
Analisisedimenti
Prove
biologiche
Palinologia
Dendroronologia
Prove
archeologiche
Prove
scritte
Documenti diarchivio
Cronache dieventi estremi
Diari di bordodelle navi
Prove
iconografiche
ultimi tremila anni.ultimi tremila anni.
• Geologi, a cui si deve la determinazione delle variazioni del livello del mare
• Naturalisti, che esaminando le caratteristiche degli anelli di accrescimento delle piante
possono ottenere indicazioni sull’andamento climatico (umidità, temeprature, ecc...)
• Geofisici/Geochimici, che basandosi sulla misura del rapporto isotopico O16/O18 hanno
fornito indicazioni sulle transizioni fra le fasi glaciali ed interglaciali o tra periodi con
caratteristiche climatiche ben marcate
Che contributo danno le PROVE DI CAMPO?
Glaciologi,
che ricavano le informazioni dagli studi sulle variazioni delle dimensioni dei ghiacci
mediante l’esecuzione dei carotaggi affettuati nei ghiacciai in Artide (Groenlandia) e
Antartide , ricostruiscono non solo la sequenza delle precipitazioni nevose nelle zone
polari, ma ancheil trend della temperatura dell’aria e della concetrazione di gas serra.
........................
I dati delle carote di ghiaccio sono stati utilizzati per ricostruire le temperature antartiche e le
concentrazioni di CO2 nell'atmosfera negli ultimi 800.000 anni. La rilevazione della temperatura è
basata su misurazioni del contenuto isotopico dell'acqua nella carota di ghiaccio Dome C. La CO2
viene misurata nell’aria intrappolata nel ghiaccio. La concentrazione di CO2 corrente (blu stella) è
data da misurazioni atmosferiche. Il modello ciclico di variazioni di temperatura costituisce l'era
glaciale e i cicli interglaciali. Dal grafico, i cambiamenti nelle concentrazioni di CO2 (blu) sembrano
correlare con i cambiamenti di temperatura (rosso). Come mostra il grafico, il recente aumento
della concentrazione di CO2 atmosferica non ha precedenti negli ultimi 800.000 anni.
[Fonte: figura di Jeremy Shakun, dati provenienti da Lüthi et al. 2008 e Jouzel et al. 2007]
Che contributo danno le PROVE DOCUMENTARIE?
“Comprendono il complesso delle nozioni cosiddette storiche, che includono
sia le serie quantitative dei dati di osservazione e misura, sia notizie
qualitative riguardanti eventi meteo-climatici come uragani, piogge
intense, esondazioni, inverni gelidi ed estati torride, siccità o fatti della vita
di ogni giorno come andamento dei raccolti, date delle vendemmie, prezzo
dei prodotti agricoli, carestie. Tutte queste informazioni, che sono
contenute in documenti di archivio, cronache,diari di bordo delle navi, sono
utili per ricostruire la più recente evoluzione del clima consentendo diutili per ricostruire la più recente evoluzione del clima consentendo di
risalire indietro di circa 2000-3000 anni.” (Colacino, 2006)
Attraverso questi dati è
possibile una ricostruzione
per grandi linee del clima
planetario a scala globale.
Dat i proxyDat i proxy
I dati delle serie storiche prima di essere usati per le
elaborazioni climatiche vanno attentamente rivisti e
devono essere valutati in termini di attendibilità,
rappresentatività, continuità ed omogeneità
Ma quali sono gli indicatori del cambiamento climatico che vengono
considerati?
� Temperatura
� Precipitazioni� Precipitazioni
� Estensione dei ghiacci
� Volume dei ghiacci
� Livello dei mari
E' stato osservato che l'estensione dei maggiori ghiacciai si sta riducendo
Ghiacciaio UPSALA, Argentina
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The Columbia Glacier flows down from the Chugach Mountains and into Prince William Sound about 40 miles west of
Valdez, Alaska. Since the Columbia began retreating around 1980, the terminus has retreated approximately 15
kilometers. The Arapaho Glacier is in the Rocky Mountains in, Colorado.
http://nsidc.org/arcticseaicenews/
http://nsidc.org/arcticseaicenews/charctic-interactive-sea-ice-graph/
La superficie dei ghiacci artici si sta riducendo: settembre
La superficie dei ghiacci artici si sta riducendo: gennaio
Che tipo di feedback ci da questo esempio sulla temperatura?
[Fonte: ISAC-CNR Torino]
Modelli: “costruirli, validarli, usarli”
POTERE POLITICO
PREVISIONI SOCIO-ECONOMICHE
SCENARI DI EMISSIONE
PREVISIONI PER LE CONCENTRAZIONI
MODELLO CLIMATICO
PREVISIONI DI USO DEL SUOLO
Previsioni vs. Proiezioni
Previsione climatica
Una previsione climatica è il risultato del tentativo di realizzare (a partire da
un determinato stato del sistema climatico) una stima dell'effettiva
evoluzione del clima nel futuro, per esempio su scale temporali stagionali, interannuali o decennali. Dal momento
che l'evoluzione futura del sistema
Proiezione climatica
Una proiezione climatica è la risposta simulata del sistema climatico a uno
scenario di emissioni future o di concentrazione di gas serra e aerosol,
generalmente ricavata utilizzando i modelli climatici. Le proiezioni
climatiche sono diverse dalle previsioni climatiche per la loro dipendenza dallo
scenario di
PREVISIONI CLIMATICHE
che l'evoluzione futura del sistema climatico può essere altamente
sensibile alle condizioni iniziali, tali previsioni sono di solito di natura
probabilistica.
scenario di emissione/concentrazione/forzante
radiativo utilizzato, a sua volta basato sulle ipotesi riguardanti, per esempio, i
futuri sviluppi socio-economici e tecnologici che potrebbero essere
realizzati o no.
Proiezione
Una proiezione è la potenziale evoluzione futura di una grandezza o di un insieme di grandezze, spesso calcolata con l'aiuto di un modello.
Diversamente dalle previsioni, le proiezioni sono condizionali nelle ipotesi e supposizioni, riguardanti, per esempio, i futuri sviluppi socio-
economici e tecnologici che potrebbero essere realizzati o no.
• 1979: prima conferenza sul clima (World Climate Conference)
• 1988: viene istituito l’IPCC -Intergovernmental Panel on Climate Change
• 1992: UNFCC - United Nations Framework Convention on Climate Change:
• 1995: prima Conferenza delle Parti (COP-1) a Berlino
• 1997: protocollo di Kyoto (adottato a Kyoto, l’11/12/1997; entrato in vigore il 16/02/2005 a causa di un lungo processo di ratificazione)16/02/2005 a causa di un lungo processo di ratificazione)
• 2007: esce il quarto rapporto dell’IPCC. Alla COP-13 di Bali si inizia a pensare al dopo 2012
• 2010: accordi di Cancun
• 2011: la conferenza di Durban
• 2012: la conferenza di Doha
• 2013: la conferenza di Varsavia
1988: viene istituito l’IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change
– Tre gruppi di lavoro:• Gruppo I: basi scientifiche dei cambiamenti climatici
• Gruppo II: impatti dei cambiamenti climatici sui sistemi naturali e umani
• Gruppo III: mitigazione dei cambiamenti climatici (riduzione gas • Gruppo III: mitigazione dei cambiamenti climatici (riduzione gas serra)
– Obiettivo: studio del riscaldamento globale
– Report periodici di valutazione (1990-1995-2001-2007-2014) di cui gli organismi internazionali si servono per i trattati sul clima
→ Nel report del 1990 l’IPCC ha dichiarato che la CO2 contribuisce all’aumento dell’effetto serra naturale
IPCC Assessment Reports since 1990
1990
1995
2001
2007
2013www.ipcc.ch
WGI WGII WGIII
Warming of the climate system is unequivocal, and since the 1950s, many of the observedchanges are unprecedented over decades to millennia. The atmosphere and ocean havewarmed, the amounts of snow and ice have diminished, sea level has risen, and theconcentrations of greenhouse gases have increased.
Warming of the climate system is unequivocal, and since the 1950s, many of the observedchanges are unprecedented over decades to millennia. The atmosphere and ocean havewarmed, the amounts of snow and ice have diminished, sea level has risen, and theconcentrations of greenhouse gases have increased.
WGI
Total radiative forcing is positive, and has led to an uptake of energy by the climate system.The largest contribution to total radiative forcing is caused by the increase in the atmosphericconcentration of CO2 since 1750.
Total radiative forcing is positive, and has led to an uptake of energy by the climate system.The largest contribution to total radiative forcing is caused by the increase in the atmosphericconcentration of CO2 since 1750.
Human influence on the climate system is clear. This is evident from the increasinggreenhouse gas concentrations in the atmosphere, positive radiative forcing, observedwarming, and understanding of the climate system.
Human influence on the climate system is clear. This is evident from the increasinggreenhouse gas concentrations in the atmosphere, positive radiative forcing, observedwarming, and understanding of the climate system.
Continued emissions of greenhouse gases will cause further warming and changes in allcomponents of the climate system. Limiting climate change will require substantial andsustained reductions of greenhouse gas emissions.
Continued emissions of greenhouse gases will cause further warming and changes in allcomponents of the climate system. Limiting climate change will require substantial andsustained reductions of greenhouse gas emissions.
Il riscaldamento del sistema climatico è inequivocabile e, a partire dagli anni '50, molti deicambiamenti osservati sono senza precedenti su scale temporali che variano da decenni amillenni. L'atmosfera e gli oceani si sono riscaldati, le quantità di neve e ghiaccio si sonoridotte, il livello del mare si è alzato, e le concentrazioni di gas serra sono aumentate.
Il riscaldamento del sistema climatico è inequivocabile e, a partire dagli anni '50, molti deicambiamenti osservati sono senza precedenti su scale temporali che variano da decenni amillenni. L'atmosfera e gli oceani si sono riscaldati, le quantità di neve e ghiaccio si sonoridotte, il livello del mare si è alzato, e le concentrazioni di gas serra sono aumentate.
Figure SPM.1aObserved globally averaged combined land and
ocean surface temperature anomaly 1850-2012
Il forzante radiativo (RF) totale è positivo, e ha portato a un assorbimento di energia da partedel sistema climatico. Il più grande contributo al forzante radiativo totale è dovuto a unaumento della concentrazione atmosferica di CO2 dal 1750.
Il forzante radiativo (RF) totale è positivo, e ha portato a un assorbimento di energia da partedel sistema climatico. Il più grande contributo al forzante radiativo totale è dovuto a unaumento della concentrazione atmosferica di CO2 dal 1750.
RF: tasso di cambiamento di energia per unità di superficie [W/m²] che consente di misurare omogeneamente l’effetto dell’azione dei driversclimatici
Figure SPM.5. Radiative forcing estimates in 2011 relative to 1750
driversclimaticisull’equilibrio radiativo del sistema atmosfera-Terra . Se RF è positivo determina nel tempo l’aumento del contenuto energetico del sistema, con conseguente incremento della temperatura atmosferica, viceversa se è negativo.
L'influenza umana è stata rilevata nel riscaldamento dell'atmosfera e degli oceani, nellevariazioni del ciclo globale dell'acqua, nella riduzione delle coperture di neve e ghiaccio,nell'innalzamento a livello globale del livello medio del mare, e nei cambiamenti di alcuni eventiclimatici estremi.
L'influenza umana è stata rilevata nel riscaldamento dell'atmosfera e degli oceani, nellevariazioni del ciclo globale dell'acqua, nella riduzione delle coperture di neve e ghiaccio,nell'innalzamento a livello globale del livello medio del mare, e nei cambiamenti di alcuni eventiclimatici estremi.
Figure SPM.6. Comparison of observed and simulated climate change
Le continue emissioni di gas serra causeranno un ulteriore riscaldamento e cambiamenti intutte le componenti del sistema climatico. Limitare il cambiamento climatico richiederà unariduzione sostanziale e prolungata nel tempo delle emissioni di gas serra.
Le continue emissioni di gas serra causeranno un ulteriore riscaldamento e cambiamenti intutte le componenti del sistema climatico. Limitare il cambiamento climatico richiederà unariduzione sostanziale e prolungata nel tempo delle emissioni di gas serra.
Figure SPM.7a. Global average surface temperature change
Cambiamento climatico: con il termine cambiamento climatico ci si riferisce a un cambiamento
dello stato del clima che persiste per un periodo di tempo prolungato (solitamente di decadi o
più), e identificabile (per esempio, attraverso l'uso di test statistici) da cambiamenti della media
e/o della variabilità delle sue proprietà. Il cambiamento climatico può essere dovuto a processi
naturali interni, o a forzanti esterni, come le modulazioni dei cicli solari, le eruzioni vulcaniche, e
i ripetuti cambiamenti antropogenici della composizione dell'atmosfera o dell'uso del suolo.
Adattamento: il processo di adattamento al clima attuale o atteso e ai suoi effetti. Nei sistemi umani,Adattamento: il processo di adattamento al clima attuale o atteso e ai suoi effetti. Nei sistemi umani,
l'adattamento cerca di limitare i danni o di sfruttare le opportunità favorevoli. Nei sistemi naturali,
l'intervento umano può agevolare l'adattamento al clima atteso e ai suoi effetti.
Mitigazione (del cambiamento climatico): Qualsiasi intervento umano che riduca le fonti (sources) di
rilascio, o rafforzi e potenzi le fonti di assorbimento (sinks) dei gas serra.
Scenario climatico: La rappresentazione plausibile e spesso semplificata del clima futuro, basata su
un insieme internamente coerente di relazioni climatologiche, costruita per un suo uso esplicito
nell'indagine delle potenziali conseguenze del cambiamento climatico antropogenico, e che serve
spesso come input ai modelli sugli impatti. Le proiezioni climatiche spesso servono da materiale grezzo
per costruire scenari climatici, ma gli scenari climatici di solito richiedono ulteriori informazioni, come
per esempio sul clima attuale osservato.
WGII
Pericolosità(hazard): il potenziale verificarsi di un evento fisico naturale o antropico o impatti fisici che potrebbero causare perdita di vita, lesioni, o altri effetti sulla salute, così come danni e perdite a/di proprietà, infrastrutture, mezzi di sussistenza, fornitura di servizi, ecosistemi, e risorse ambientali.
Esposizione(exposure): la presenza di persone, mezzi di sostentamento, specie o ecosistemi, servizi e risorse ambientali, infrastrutture, o attività economiche, sociali, e culturali in luoghi in cui potrebbero essere compromessi.
Vulnerabilità (vulnerability): La propensione o predisposizione a essere pregiudicate. Vulnerabilità comprende una varietà di concetti ed elementi, tra cui la sensibilità o suscettibilità di nuocere e la mancanza di capacità di far fronte e di adattarsi.
WGIII
Without more mitigation, global mean surface temperature might increase by 3.7° to 4.8°Cover the 21st century.
Immagine
di
Scienza
Costruzione
di nuove
competenze
Interdisciplinarietà
Immagine
dello
ScienziatoEducazione scientifica
come educazione alla
cittadinanza
Besson, U. (2009). Paradoxes of thermal radiation, Eur. J. Phys. 30, 995–1007.
Besson, U., De Ambrosis, A., & Mascheretti, P. (2010). Studying the physical basis of global warming: thermal
effects of the interaction between radiation and matter and greenhouse effect. European Journal of
Physics, 31(2), 375-388.
EC (European Commission), Special Eurobarometer 409: Climate Change (2014).
EC (European Commission), Special Eurobarometer 364: Public awareness and acceptance of CO2 capture
and storage (2011).
IPCC (2007). Climate change: Synthesis Report.
IPCC (2014). Climate change: Synthesis Report.
Pasini, A. (2003). I cambiamenti climatici. Meteorologia e clima simulato [Climate Change. Meteorology and Pasini, A. (2003). I cambiamenti climatici. Meteorologia e clima simulato [Climate Change. Meteorology and
simulated clima]. Milano, IT: Bruno Mondadori press.
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120pp.
Rizzi R. (2014). Atmospheric Physics. Material from lectures, A.A. 2013-2014.
Tasquier, G. (2013). Cambiamenti Climatici e Insegnamento/Apprendimento della Fsica: una Proposta
Didattica [Climate Change and Teaching/Learning Physics: a Teaching Proposal]. Giornale di Fisica, 54(03),
173-193.
Tasquier, G. (2015). Leading secondary school students to face the disciplinary, epistemological and societal
challenges of climate change: design and analysis of multi-dimensional teaching/learning experiences. Phd
Thesis.
UNESCO (2009). Learning to Mitigate and Adapt to Climate Change: UNESCO and Climate Change Education.
http://climatefrontlines.org/ed_seminar_brochure.pdf, p. 2. 4.
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